JP2002105944A - 地盤改良方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スラッジの処理問題の解決及び有効利用によ
る地盤改良。 【解決手段】 スラッジに生石灰又は生石灰系の改良材
を添加し混合して粒状物を造粒する。粒状物は粒径５ｍ
ｍ未満とする。起振機２３によりケーシング２１を上下
震動させ、ケーシング２１を地盤中に貫入する。ケーシ
ング２１が所定深度に達したら、起振機２３の作動を停
止し、粒状物Ｓをホッパー２２よりケーシング２１内部
に所定量投入する。ケーシング２１内部を加圧した状態
で、ケーシング２１を引き抜きつつケーシング２１内部
の粒状物Ｓを下端部から地盤中に排出し、地盤改良パイ
プＰを形成する。ケーシング２１内部の粒状物Ｓは、自
重及び圧縮空気の圧力で地盤に排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、土木建設工事の
軟弱地盤の改良方法、特に軟弱地盤にパイルを打設する
ことによって軟弱地盤や液状化地盤を改良する地盤改良
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パイルを打設する地盤改良方法として、
ケーシングを地盤中に打込み、このケーシング内に投入
した砂、砂利等の骨材を起振機やロッド等で突き固めな
がらケーシングを引き上げ、締固められた状態のパイル
を地盤中に造成するサンドコンパクションパイル工法
（以下、「ＳＣＰ」という）が知られている。

【０００３】特開平１０−１８３６００号公報には、現
地発生材、掘削土砂とセメント系固化材を地上において
混合攪拌して粒状物にし、パイル状に打設して地盤改良
効果を期待した地盤改良工法が開示されている（以下、
「先行技術１」という）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＳＣＰにおいて使用さ
れる砂や砂利（以下、「砂材」という）は粒度規定が厳
粛で、特に細粒分（粘土等の砂よりも粒が小さい部分）
の管理が厳しい。しかも、良品質の砂材は枯渇傾向にあ
るため非常に高価であり、調達困難な状況にある。ＳＣ
Ｐの信頼性は偏に砂材の品質に掛かっており、不良品の
砂材を使用した場合には、パイル自体の支持力や剪断抵
抗力の低下を招き地盤のすべり破壊を生じるという問題
がある。良品質の砂材を得るためには、細粒分を水洗に
より除去する必要があり、このときに多量のスラッジが
発生する。

【０００５】また、砕石採取現場等において、砕石を生
産する際の破砕時に砕石に付着した微粉分（岩石粉、粘
土粉等）は、水を用いて洗い流している。即ち、付着し
た微粉分は、コンクリート用骨材としての品質を低下す
る原因となるため除去されている。この水洗い後の微粉
分の除去処理において、発生する微粉分を含んだ水は、
これをそのまま河川に放流すると河川の汚濁等の原因と
なることから、沈砂池等で微粉分を沈殿除去した後、放
流している。そして、沈殿物、即ち、いわゆる砕石スラ
ッジは、含水率３０％前後まで脱水した後、周辺の空き
地等に放置、堆積して処理していた。また、砂や砂利の
採石場等で採石した砂利を水洗いする場合においても微
粉分を含むスラッジが発生するが、その扱いについても
上記と同様である。

【０００６】上記に述べたようにスラッジは産業廃棄物
として処理する必要があるため、処理費用が材料価格の
コスト高を招いている。更に、処分地の確保が困難な状
況になりつつあり環境への影響も問題がある。

【０００７】従来、スラッジを利用する技術はあまり普
及していないのが現状である。スラッジの処理に関し、
特開平４−１９３７４９号公報に、砕石工場にて発生す
る砕石スラッジより造粒物を製造する方法が開示されて
いる。この方法によれば、砕石スラッジの含水率を塑性
限界時の含水率の±５％以内に調整後、セメント、石灰
等の固化材を５重量％以上混合して造粒することができ
る（以下、「先行技術２」という）。

【０００８】先行技術２において造粒した粒状物は、土
木工事の埋戻し材料、植物成育用の培土等として利用さ
れ、産業廃棄物の処分地を減少するなどの効果がある。

【０００９】この発明の目的は、スラッジを有効に利用
し、ＳＣＰに適用して良品質の砂材を用いた場合と同等
の効果を得ることができる地盤改良方法を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
スラッジに生石灰又は生石灰系の改良材を添加し混合し
て粒状物を造粒し、こうして得られた粒状物をケーシン
グ内に投入して地盤中に排出し、地盤改良パイルを形成
することに特徴を有するものである。

【００１１】請求項２記載の発明は、前記スラッジは、
砕石水洗時に発生する微粉分を含むスラッジ、又は、砂
利採石時に発生する微粉分を含むスラッジであることに
特徴を有するものである。

【００１２】請求項３記載の発明は、ケーキにケーキ改
良材を添加し、前記ケーキ改良材が添加されたケーキを
ロールにより薄板状に圧延加工してケーキの比表面積を
増大させて当該ケーキと前記改良材との反応を促進させ
ると共に、当該ケーキ相互の付着凝集を防止し、こうし
て得られたケーキに、剪断、分散及び造粒の内、少なく
とも１つの処理を施して粒状物を調製し、次いで、この
ようにして調製した粒状物をケーシング内に投入して地
盤中に排出し、地盤改良パイルを形成することに特徴を
有するものである。

【００１３】請求項４記載の発明は、ケーキをロールに
より薄板状に圧延加工してその比表面積を増大させ、得
られたケーキにケーキ改良材を添加して、当該ケーキと
ケーキ改良材との反応を促進させると共に、当該ケーキ
相互の付着凝集を防止し、こうして得られたケーキに、
剪断、分散及び造粒の内、少なくとも１つの処理を施し
て所定粒度の粒状物を調整し、次いで、このようにして
調製した粒状物をケーシング内に投入して地盤中に排出
し、地盤改良パイルを形成することに特徴を有するもの
である。

【００１４】請求項５記載の発明は、前記粒状物の粒度
が実質的に５ｍｍ未満であることに特徴を有するもので
ある。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を図
面を参照しながら説明する。

【００１６】本発明においては、スラッジ及びスラッジ
から副生されるケーキを用いて粒状物を得る。スラッジ
及びケーキは、通常、産業廃棄物として排出されるもの
である。そして、粒状物は、下記に示すスラッジやケー
キから造粒される。

【００１７】スラッジとは下記に例示されるもの等をい
う。

【００１８】 砕石現場において、砕石の破砕時に砕
石に付着した微粉分（岩石粉、粘土粉等）を、水を用い
て洗い流した場合の水洗い後に発生する微粉分を含むス
ラッジ。

【００１９】 砂や砂利の採石場において、砂や砂利
を得るために粘土等の微粉分を水洗により除去するとき
に発生した微粉分を含むスラッジ。

【００２０】上記、等に示されるスラッジに生石灰
又は生石灰系の改良材を添加し混合して粒状物を造粒す
る。例えば、フィルタープレス等により脱水したそのま
まの含水状態のスラッジに対して生石灰を１重量％以上
混合して造粒する。先行技術２に示す方法によって得た
粒状物を用いることもできる。

【００２１】次に、ケーキから粒状物を得る方法につい
て説明する。

【００２２】フィルタープレスケーキ、生コンスラッ
ジ、シールド泥土及びアルミニウムスラッジ等の各種ケ
ーキは、砕石工場、石灰工場、浄水場あるいはアルミニ
ウム溶解工場等、各種産業で副生される、ここでケーキ
とは、転圧により圧延加工が可能な物理性状を備えたも
のをいう。

【００２３】例えば、砕石工場で副生されるフィルター
プレスケーキについては、効率的且つ低コストでその粒
径を５ｍｍ程度以下の細粒化処理ケーキに処理可能であ
る。更に、処理対象ケーキの範囲を拡大してその他の石
灰工場等で副生されるケーキに対しても、その粒径を細
粒化することが可能である。

【００２４】初めにケーキを圧延して薄板状に加工する
ことにより比表面積の増大を図り、同時に生石灰系ある
いはセメント系等のケーキ改良材を添加することによ
り、ケーキ表面に生石灰あるいはセメント等を付着さ
せ、ケーキ相互の付着による再凝集を防止すると共に、
圧延加工時にケーキ表面に遊離した水分を速やかにケー
キ改良材と反応させることができる。こうして、次工程
における連続式分散造粒機あるいはバッチ式高速カッタ
ー等によるケーキの分散処理所要時間を短縮することが
可能となり、ケーキの再凝集を防止し、従来よりもケー
キを細粒化することができ、その細粒化効率を高めるこ
とが可能である。

【００２５】図１は、ケーキから粒状物を造粒する処理
方法を説明するフロー図である。図１に示すように、ケ
ーキ１と生石灰等のケーキ改良材１４との混合物１５を
圧延機３に投入し、薄板状ケーキ４に加工する。次い
で、ベルトコンベア５上で、初めに、縦切りカッター６
で、ベルトコンベア５の進行方向と平行な方向にケーキ
１を切断する。次に、縦切りされたケーキを横切りカッ
ター７で、ベルトコンベア５の進行方向と直角な方向に
切断する。図３に縦切りカッターの概略図を、そして、
図４に横切りカッター概略図を示す。いずれも（ａ）は
正面図、（ｂ）は側面図である。但し、上記縦切り及び
横切りの工程は適宜省略する。

【００２６】次に、連続式分散造粒機９又はバッチ式高
速カッターミキサー８等、剪断機能のみ、分散機能の
み、又は、剪断及び／又は分散機能と造粒機能とを備え
た、いわゆる分散造粒装置１６で処理する。このように
してケーキ１を剪断、分散ないし造粒処理し細粒処理ケ
ーキ１８とした後、篩分け装置１０で分散する。篩分け
装置１０としては、回転式多盤式分級機あるいは振動篩
等を用いる。

【００２７】上述したケーキの処理フローにおいて、圧
延機（圧延処理を行う装置）３としては、ケーキ１を薄
板状に圧延加工することができれば、特にその装置の種
類を限定しなくてよい。一般には、図２に示すように、
２軸の平ロール圧延機１２を用いるのがよい。ケーキ１
の圧延においてはロール表面にその付着が発生するの
で、平ロール１１にスクレーパ１３を備えた２軸の平ロ
ール圧延機１２を用いるのが望ましい。

【００２８】上記のケーキ処理フローにおいて、篩分け
装置１０により、所定の篩目サイズ、例えば５ｍｍ未満
で分級を行う。ケーキは一般にかなりの水分を含有して
いるので、篩目が閉塞しない方式の篩分け装置を選定す
ることが重要である。この観点から回転多盤式分級機が
望ましい。こうして、ハンドリング性能が良好な粒径５
ｍｍ未満の粒状物を調製する。

【００２９】縦切りカッター６及び横切りカッター７に
よる剪断処理工程、及び、回転多盤分級機や振動篩等に
よる分級処理工程の実施、不実施は、処理対象ケーキの
物性及び調製目標粒度に応じて決める。

【００３０】この発明におけるケーキ処理メカニズムの
最大の特徴は、ケーキを薄板状に圧延してその比表面積
を増大させ、増大したケーキ表面にケーキ改良材を均一
に付着させ、ケーキ相互の付着による再凝集を防止する
と共に、圧延加工時にケーキ表面に遊離した水分を改良
材と速やかに反応させて再凝集を抑制することにより、
以降の適切な処理工程と組合わせることにあり、目標と
する粒径のケーキを調製することにある。また、上記処
理メカニズムから分かるように、ケーキ表面にケーキ改
良材を均一に付着させることができる方法であれば、ケ
ーキへのケーキ改良材の添加時期を、他の工程条件の利
便性を考慮してその圧延加工処理の前後のいずれとして
もよい。一般には、圧延時のケーキ改良材のケーキへの
練混み効果があるので、圧延前にこれを添加するのが望
ましい。

【００３１】このようにして、処理対象ケーキの物性と
調製目標の粒径に応じて、圧延加工によるケーキの厚さ
を決めること、圧延加工後ケーキの剪断、分散及び造粒
の内、各機能を適宜備えた装置を適切に組合わせて使用
すること、並びに、ケーキ改良材の種類及び添加量を調
整することにより、いかなる種類のケーキからでも高率
よく目標粒径の粒状物、例えば、５ｍｍ未満（５ｍｍア
ンダー）細粒化粒状物１９、５ｍｍ以上（＋５ｍｍ）細
粒化粒状物２０を調製することができる。ＳＣＰのハン
ドリングを考慮すると５ｍｍ未満がよい。

【００３２】次に、粒状物を軟弱地盤中にパイル状に締
固め打設する工程を説明する。図５は、この発明の実施
の形態に係る現場での作業行程を示す側面図、図６は、
この発明の実施の形態に係るＳＣＰを示す説明図であ
る。

【００３３】この発明の方法においては、上記によりス
ラッジやケーキから調製した粒状物を軟弱地盤中にパイ
ル状に締固め打設する。図５に示すように、地面の表層
を掘削機２５によって、例えば１．５ｍの根切を行い、
この根切を行った位置にケーシング２１を設置する。上
記粒状物にセメント系固化材を混合し、混合軟弱地盤中
にパイル状に締固め打設する図６に示すように、ケーシ
ング２１の上部にはホッパー２２を備え、その上部には
起振機２３が取付けられている。ケーシング２１は、起
振機２３によって地盤中に埋設される。このケーシング
１の内壁面には、高分子材料からなる滑り層が形成され
ている。ホッパー２２とケーシング２１との連絡路に
は、開閉弁（図示せず）が設けられ、常時、ばねによっ
て閉鎖位置に保持されている。スラッジやケーキから調
製された粒状物Ｓがホッパー２２によって投入されホッ
パー２２内を流下するときにその流動圧力によって開閉
弁が開放される。開閉弁の閉鎖時にケーシング２１の内
部に圧縮空気をエア供給ノズル（図示せず）から供給し
て内部を高圧に維持して粒状物が流出しやすいようにす
る。なお、この装置はリーダ２４の頂部より垂下された
昇降操作用ワイヤによって吊持される。

【００３４】造成装置をリーダ２４の頂部より昇降用ワ
イヤにより吊持した状態で、起振機２３を作動してケー
シング２１を上下振動させつつ、昇降用ワイヤを繰り出
してケーシング２１を地盤中に貫入する。ケーシング２
１が所定深度に達したら、起振機２３の作動を停止し、
粒状物Ｓをホッパー２２よりケーシング２１内部に所定
量投入する。また、粒状物Ｓの投入は、ケーシング２１
を地盤中に貫入する際に行ってもよく、ケーシング２１
の貫入途上でケーシング２１から粒状物を地盤中に排出
してもよい。

【００３５】ケーシング２１内部に粒状物Ｓを投入した
後、エア供給ノズルから圧縮空気を供給して、ケーシン
グ２１内部を約１ｋｇ／ｃｍ²程度に加圧した状態で、
昇降操作用ワイヤを巻取り操作し、ケーシング２１を引
き抜きつつケーシング２１内部の粒状物Ｓを下端部から
地盤中に排出し、地盤改良パイプＰを形成する。ケーシ
ング２１内部の粒状物Ｓは、自重及び圧縮空気の圧力で
地盤に排出される。加えて、ケーシング２１内周面に形
成された滑り層の表面滑性によって、ケーシング２１内
周面に付着残存したり、詰りを生じることなく極めて軽
快に流動降下して、ケーシング２１下端から地盤中に途
切れることなく排出される。その結果、パイル全長にわ
たり、径が均一で、圧密された地盤改良パイルＰが短時
間に効率良く形成される。

【００３６】本発明方法により、粒状物を軟弱地盤中に
パイル状に締固め打設することにより、パイル間の軟弱
地盤は締固めによる圧密のため強度が増加する。また、
締固められたパイル自体は、粒状物同士が改良材（生石
灰等）の硬化反応によって結合するため、剪断抵抗力が
発現する。また、この硬化反応は長期にわたり起こるた
め耐久性の増加が期待できる。

【００３７】図７（ａ）〜（ｃ）は、ＳＣＰの施行手順
を例示する図面であり、（ａ）は打戻し締固め方式、
（ｂ）は先端拡径締固め方式、（ｃ）は先端振動締固め
方式である。本発明方法は、図７（ａ）〜（ｃ）に示さ
れるどの方式にも適用することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、下記に示す有用な効果がもたらされる。 本発明に使用するスラッジやケーキから調製される
粒状物は、各工場において含水比、粒度、成分等の品質
が一定であり、且つ、工場内の管理されたプラントにお
いて生石灰等の改良材が混合、造粒されることから、品
質が安定した地盤改良パイルを構築することができる。 粒状物は砂に近い粒径５ｍｍ未満の大きさに調整可
能であり、ハンドリング性が良好で、砂材を用いる場合
と同じ施行機械によって打設が可能である。 粒状物を地盤改良用の資源として砂材に代わって利
用できるため、良品質砂材の製造コストの高騰を抑制す
ることができる。 構築されたパイルは生石灰等の硬化反応により長期
にわたり強度増加作用があるため耐久性に優れている。 スラッジの処理に関する費用、堆積場所、環境等の
問題を解決することができる。 例えば、フィルタープレス等により脱水したそのま
まの含水状態のスラッジに生石灰等の改良材を混合して
造粒することができるので、含水調整するための乾燥工
程を省略することができ作業能率が良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係るケーキから粒状物
を造粒する処理方法を説明するフロー図である。

【図２】スクレーパーを備えた２軸の平ロール圧延機の
概念図である。

【図３】縦切りカッターを示す（ａ）は正面図、（ｂ）
は側面図である。

【図４】横切りカッターを示す（ａ）は正面図、（ｂ）
は側面図である。

【図５】この発明の実施の形態に係るサンドコンパクシ
ョンパイル工法の現場での作業行程を示す側面図であ
る。

【図６】この発明の実施の形態に係るサンドコンパクシ
ョンパイル工法の施行手順を示す説明図である。

【図７】この発明の実施の形態に係るサンドコンパクシ
ョンパイル工法の施行手順を示す図面であり、（ａ）は
打戻し締固め方式、（ｂ）は先端拡径締固め方式、
（ｃ）は先端振動締固め方式である。

【符号の説明】

１ ケーキ ３ 圧延機 ４ 薄板状ケーキ ５ ベルトコンベア ６ 縦切りカッター ７ 横切りカッター ８ バッチ式高速カッターミキサー ９ 連続式分散造粒機 １０ 篩分け装置 １１ 平ロール １２ 平ロール圧延機 １３ スクレーパ １４ ケーキ改良材 １５ 混合物 １６ 分散造粒装置 １８ 細粒処理ケーキ １９ ５ｍｍ未満細粒化粒状物 ２０ ５ｍｍ以上細粒化粒状物 ２１ ケーシング ２２ ホッパー ２３ 起振機 ２４ リーダ ２５ 掘削機 Ｓ 粒状物 Ｐ 地盤改良パイプ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スラッジに生石灰又は生石灰系の改良材
   を添加し混合して粒状物を造粒し、こうして得られた粒
   状物をケーシング内に投入して地盤中に排出し、地盤改
   良パイルを形成することを特徴とする地盤改良方法。
2. 【請求項２】 前記スラッジは、砕石工場において発生
   する微粉分を含むスラッジ、又は、砂及び砂利の採石時
   に発生する微粉分を含むスラッジである請求項１記載の
   地盤改良方法。
3. 【請求項３】 ケーキにケーキ改良材を添加し、前記ケ
   ーキ改良材が添加されたケーキをロールにより薄板状に
   圧延加工してケーキの比表面積を増大させて当該ケーキ
   と前記改良材との反応を促進させると共に、当該ケーキ
   相互の付着凝集を防止し、こうして得られたケーキに、
   剪断、分散及び造粒の内、少なくとも１つの処理を施し
   て粒状物を調製し、次いで、このようにして調製した粒
   状物をケーシング内に投入して地盤中に排出し、地盤改
   良パイルを形成することを特徴とする地盤改良方法。
4. 【請求項４】 ケーキをロールにより薄板状に圧延加工
   してその比表面積を増大させ、得られたケーキにケーキ
   改良材を添加して、当該ケーキと改良材との反応を促進
   させると共に、当該ケーキ相互の付着凝集を防止し、こ
   うして得られたケーキに、剪断、分散及び造粒の内、少
   なくとも１つの処理を施して所定粒度の粒状物を調整
   し、次いで、このようにして調製した粒状物をケーシン
   グ内に投入して地盤中に排出し、地盤改良パイルを形成
   することを特徴とする地盤改良方法。
5. 【請求項５】 前記粒状物の粒度が実質的に５ｍｍ未満
   である請求項３又は４記載の地盤改良方法。